◄ تاریخچه بالگرد همزمان با گرامیداشت تولد مخترع هلی کوپتر

تین نیوز | حسین منتظری فر :

نام هلی کوپتر اقتباس شده از واژه فرانسوی hélicoptère  است که توسط Gustave de Ponton d'Amecourt در سال 1861 به آن نسبت داده شد که خود تشکیل شده از واژه های یونانی helix/heli; به معنی چرخان وpteron به معنی بال است. 

بالگرد یا به فارسی تاجیکی چرخ بال یا هلیکوپتر ، به انگلیسی: helicopter هواگردی است که برخاستن و پیش رانش آن به وسیله یک یا دو چرخانه افقی بزرگ صورت می گیرد. چرخانه  بالگرد را ملخ می نامند.

بالگردها را در رده هواگردهای بال متحرک طبقه بندی کرده اند تا بتوان آن ها را از هواگردهای ثابت بال متمایز کرد. بالگرد در دنیای امروز از مهم ترین و پراستفاده ترین وسایل حمل و نقل به شمار می آید. این وسیله در سه محور می تواند حرکت کند. خلبانِ بالگرد باید از دو دست و دو پای خود برای خلبانی استفاده کند، که این امر نیاز به مهارت و قدرت تفکر بالا دارد.

طرح اولیه  ساخت بالگرد را چینی ها، برای اولین بار حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد برای ساخت اسباب بازی های فرزندانشان به کار بردند. لئوناردو دا وینچی و یک روسی به نام میخائیل لومونوسوف نیز از کسانی بودند که طرح هایی از بالگرد را ارائه دادند، ولی نتوانستند از حرکت بخش اصلی بدنه به دور خود جلوگیری کنند. مدل کوچکی از یک بالگرد، که «چاینیز تاپ» نام داشت، در سال ۱۷۸۳ وارد عرصه شد. ۱۳ سال بعد، «سر جورج کیلی» انواع آزمایشی این چاینیز تاپ ها را ساخت و بالگرد بخاری را طراحی کرد. در عرض صد سال بعد، طرح هایی که ساخته می شد همگی مشکل موتور داشتند. واژهٔ انگلیسی Helicopter اولین بار در سال ۱۸۶۱ توسط یک دانشمند فرانسوی ــ که اولین مدل کوچک با موتور بخار را ساخت ــ مورد استفاده قرار گرفت. همچنین اولین مدل موتور الکتریکی را توماس ادیسون اختراع کرد. اولین پرواز موفقیت آمیز نیز در سال ۱۹۰۷ در فرانسه، البته توسط یک ماکت کوچک، انجام شد که در این پرواز، بالگردِ مدل به مدت ۲۰ ثانیه در ارتفاع ۳۰ سانتیمتری سطح زمین معلق ماند. هفت سال بعد از ساخته شدن اولین بالگردی که می توانست پرواز کند، دو افسر نیروی هوایی مجارستانی بالگردی ساختند که اتفاقا پروازهای متعددی در ارتفاعات بالا انجام داد، ولی هرگز اجازه پرواز آزاد نداشتند. بالگردهای ساخته شده انتظارات را برآورده نمی کرد، تا اینکه در سال ۱۹۳۶ شرکت آلمانی «فوک ولف» بالگردی ساخت که سرعت آن ۷۰ مایل بر ساعت و تا ارتفاع ۱۱ هزار پایی بود.

در سال ۱۹۴۰ و هم زمان با پیشرفت در ساخت موتورهای هم محور (موتورهایی که در آن نیروی پیشران و پسران هر دو ملخ توسط یک موتور تولید می شود) اولین بالگرد برای استفاده های نظامی توسط سیکورسکی ساخته شد و اولین پرواز آن در سال ۱۹۴۰ در آمریکا با موفقیت صورت گرفت که آن را دو خلبان تا ارتفاع یک کیلومتری زمین در مدت ۱ دقیقه بالا بردند

تولد مخترع بالگرد

ایگور سیکورسکی طراح هواپیما و عامل اصلی توسعه و تکامل بالگردها، در روز ۲۵ مه سال ۱۸۸۹ در کی یف اوکراین زاده شد. او نخستین هواپیمای دنیا را طراحی کرده و به پرواز در آورد و همچنین عامل اصلی توسعه و تکامل بالگرد (هلی کوپتر) و تولید انبوه آن شد. رویای ماشین پرنده، یعنی وسیله ای که بتوان با آن به هوا رفت همزاد انسان است. اما نخستین بار «لئوناردو داوینچی» در ۱۵۰۰ سال بعد از میلاد، طرح هایی ریخته و نقشه هایی را برای یک بالگرد غول آسا کشید، ولی هرگز موفق نشد یکی از این بالگردهایی که طرحش را ریخته بود بسازد؛ چون اصلا موتوری که با آن بتوان بالگرد را به حرکت درآورد، در کار نبود.

اولین منابع برای پرواز عمودی بر می گردد به سال 400 ق م که در آن به بازی کودکان چینی با اسباب پرنده ای از جنس چوب بامبو و کتابی نوشته شده در قرن چهارم چینی که در آن نظرها و ایده هایی درونی Pao  Phu Tau  را درمورد پرنده هایی بابال هلی چرخان ارائه و شرح می دهد.

تا سال 1480 هیچ پیشرفتی ثبت شده ای در زمینه پرنده های عمود پرواز ایجاد نشده بود تا اینکه لئوناردو داوینچی طرحی برای ماشینی که میتوان آن را پیچ پرنده نامید ارائه داد.

یادداشت های او نشان می دهد که چند مدل کوچک توسط او ساخته شده اما هیچ راه حلی برای مشکل اصلی که همانا چرخیدن هلیکوپتر به همراه پره ها بود تاان زمان ارئه نشده بود.

همچنان که علم پیشرفت می کرد و نظریات دانشمندان قابل قبول تر جلوه می کرد دانشمندان نظرات خود را برای پرنده عمود پرواز تکمیل می کردند.

اما مدل های ساخته شده و نظریات ارائه شده بیشتر به اسباب بازی چینی تمایل و شباهت داشت تا شاهکار داوینچی.

در سال 1754 Mikhail Lomonosov  طرح پره هایی چرخنده ای را ارائه داد که توسط فنر نیرو می گرفتند و برای بلند کردن لوازم هوانوردی پیشنهاد می شد.      

در سال 1783 Christian de Launoy و مکانیکش Bienvenu مدلی با یک جفت پره چرخان مقابل هم که از پر بوقلمون برای لبه های پره ها استفاده می کرد ساخت.      

در سال 1784 caley طرحی تحت تاثیر اسباب بازی چینی ارائه داد که شبیه طرح Launoy و Bienvenu بود اما از باندهای لاستیکی استفاده می کرد او همچنین از صفحات قلع برای پره ها و فنر یرای انتقال قدرت استفاده کرد.      

نوشته های او درباره تجربیاتش و مدل های او تاثیر زیادی بر بزرگان علم هوانوریدی گذاشته است.       

Alphonse Pénaud  بعدها در سال 1870 هلیکوپترهای مدل با پره های هم محور به عنوان اسباب بازی تولید کرد. یکی از این اسباب بازی ها که برادران رایت از پدرشان هدیه گرفتند باعث دمیده شدن انگیزه و ایده پرواز درون روح این دو برادر شد.

در سال 1861Gustave de Ponton d'Amécourt یک مدل که از نیروی بخار نیرو می گرفت را با استفاده از فلز تازه کشف شده که آلومینیوم بود ساخت. این مدل هیچگاه پرواز نکرد.

ساخته Enrico Forlanini  که گونه ای بدون سرنشین بود و از نیروی بخار قدرت می گرفت جز اولین ها در نوع خود بود که توانست به مدت 20 ثانیه در پارکی واقع در میلان تا ارتفاع 13 متری به صورت عمودی پرواز کند.

در سال 1885 James Gordon Bennett, Jr.1000 دلار را به ادیسون برای تحقیقات برای پیشرفت وتوسعه ساخت هلیکوپتر پرداخت کرد.

ادیسون یک هلیکوپتر ساخت و از کاغذ سهام!! برای تولید باروت پنبه استفاده کرد تا آن را در  موتور احتراق داخلی مورد استفاده قرار بدهد. هلیکوپتر ساخته شده توسط انفجار صدمه دید و یکی از کارگران او نیز به سختی سوخت.

Edison  گزارش داد که هلیکوپتر نیاز به یک موتور با نسبت 3 به 4 پوند بر هر اسب بخار نیاز دارد تا موفق شود.

بر اساس تجربیات او،  Ján Bahýľ مخترع اهل اسلواکی به موتور احتراق داخلی برای هلیکوپتر خود که در سال1901 نیم متر ارتفاع گرفته بود روی آورد که باعث شد همین پرنده در سال1904 چهار متر ارتفاع بگیرد و 1500 متر نیز در هوا شناور بماند.

در سال 1908 ادیسون هلیکوپتر طراحی شده توسط خود را که از موتور بنزینی برای روتورها استفاده می کرد را ساخت اما این هلیکوپتر هیچ گاه پرواز نکرد.

اولین پروازها

در سال 1906 دو برادر فرانسوی به نام های جاکوز و لوئیس برگوت دست به انجام آزمایش هایی برای رسیدن به یک هلیکوپتر زدند. این آزمایش ها یک سال بعد نتیجه داد و منجر به ساخت اولین نمونه آزمایشی با نام Gyroplane No.1 شد. این هلیکوپتر در زمانی بین 14 آگوست و 29 سپتامبر همین سال (1907) اولین پرواز موفقیت آمیز خود را انجام داد. این وسیله توانست خود و خلبانش را 2 فوت (60 سانتی متر) در هوا بالا برد و برای حدود یک دقیقه در هوا معلق بماند.

با وجود این موفقیت Gyroplane No. 1 کاملا نامتعادل بود و نیاز به چهار مرد داشت تا در چهار گوشه آن مستقر شوند و آن را متعادل نگه دارند!! به همین دلیل پرواز Gyroplane No. 1  به عنوان اولین پرواز آزاد هلیکوپتر ثبت نشد.

در همین سال مخترع دیگری و بازهم از فرانسه به نام پاول کورنو شروع به طراحی و ساخت هلیکوپتر کورنو کرد. این هلیکوپتر از دو پره 6 متری تشکیل شده بود که توسط دو موتور 24 اسب بخاری نیرو می گرفتند. در نوامبر همین سال پاول کورنو توانست اختراع خود را 30 سانتیمتر در هوا بالا برد اما نتوانست این وسیله را بیش از 20 ثانیه در هوا نگهدارد. با اینکه اولین پرواز اختراع کورنو نتوانست رکورد پرواز دو برادر را بشکند اما توانست افتخار اولین پرواز آزاد هلیکوپتر با خلبان را از آن خود کند.

هلیکوپتر کورنو تعدادی پرواز دیگر نیز انجام داد و توانست رکورد خود را تا 2متر نیز بهبود ببخشد اما این اختراع هم به دلیل پایداری پایین کنار گذاشته شد.

پیشرفت های اولیه :

در اوایل دهه 20 میلادی رائول پاتراس پسکارا آرژانتینی (در زمان که در اروپا مشغول کار بود.) یکی از اولین دستگاه های پرواز و فرود با مکانیسم چرخان راعرضه کرد.

چرخش بر عکس هم محور, رتور های هواپیماهای دو باله می توانست به طور گردشی زیاده شده و منحرف شود و (در نتیجه)  (بالابرندگی!)تولید شده آنها کم می شد.

در این هلیکوپتر  از مکانیسمی استفاده شده بود که به وسیله امکان می داد با تغییر میزان تماس بین روتور و قسمت چرخان میزان نیروی لیفت را بسته به نیاز خلبان افزایش یا کاهش دهد. قسمت مرکزی روتور هم توانای این را داشت که هلیکوپتر به میزان چند درجه به سمت جلو منحرف شود تا این هلیکوپتر بتواند بدون ملخ ها و موتور جدا برای هل دادن  هلیکوپتر به جلو حرکت کند.

آقای پسکارا توانایی این را پیدا کرده بود که سیستمی از گردش اتوماتیک را ارائه دهد که هلیکوپتر بعد از خرابی موتور نشست ایمنی داشته باشند. او در ژانویه سال 1924 توانست 10 دقیقه هلیکوپتر خود را به پرواز در آورد. یکی از همکاران پسکارا در این پروژه به نام اتیه نه اهمیچن اولین رکورد ثبت شده در(FIA) را به نام خود رقم زد.

این رکورد در  14 آوریل 1924 ثبت شد. در این رکورد آقای اهمیچن توانست هلیکوپتر خود را 360 متر به پیش برد. اما پسکارای با پرواز هلی خود به فاصله 736متر (نزدیک به نیم مایل)در 14 دقیقه و 11ثانیه (13 کیلومتر بر ساعت) و تا ارتفاع  6فوتی(2متر) توانست رکورد اهمیچن را بشکند.

اما این پایان ماجرا نبود! اهمیچن با پرواز هلیکوپتر خود به نام No.2 در 4 می همین سال به فاصله 1.05مایل(1.69 کیلومتر) توانست رکورد خود را باز پس گیرد. او در این پرواز تا ارتفاع 50 فوتی صعود کرد این پرواز 14 دقیقه به طول انجامید.

آقای اوهمیچن توانست رکورد پیست بسته به طول یک کیلومتر را با زمان 7 دقیقه و 40 ثانیه را ازان خود کند.

در همین زمان خوان دلا سیروا در حال توسعه اولین طرح عملی برای روتورکرافت در اسپانیا بود. وسیله ای که به زودی تبدیل به یک اساس و پایه برای طراحی هلیکوپتر روتوردار مدرن و یک قالب برای شکل  auto gyro بود. نام این هلی چیزی نبود جز Cierva's C.4 .  در هنگام برخاستن از زمین یکی از مهمترین مشکلات جناب سیروا بود، که ناشی از کمبودها و مشکلاتی در ساختار آیرودینامیکی آنها بود که آقای سیروا خود این مشکل را حل کرد.

لولاهای متحرکی که سیروا در C.4 استفاده کرد به روتور این اجازه را می داد تا بتواند افزایش نیروی لیفت را بین دو قسمت چپ و راست صفحه روتور را به میزان مساوی تقسیم کند.

تصادفی که در سال 1927 برای C.4 اتفاق افتاد، باعث شد لولاها بیشتر برای کاهش فشار وارده بر روتور از سوی  قسمت متحرک استفاده شوند.

دو ابتکار آقای سیروا یعنی یکی در جلوگیری از سقوط auto gyro ها و حل مشکلات آیرودینامیکی آنها و دیگری در استفاده از لولاهای متحرک باعث پیشرفت هایی در ثبات و پایداری سیستم روتور هلیکوپتر در پرواز رو به جلو شد، که پیش از این یکی از مشکلات عمده دیگر مخترعان بود.

آلبرت گیلیس ون بومهایر  صنایع هوایی هلندی مطالعات خود را در زمینه روتورکرافت ها از سال 1923 آغاز کرد. اولین پروتوتایپ او با نام flew معرفی شد. این پروتوتایپ در 24 سپتامبر 1925 تحت کنترل کاپیتان نیروی هوایی هلند فلوریس آلبرت ون هیجست به پرواز در آمد.

نوع کنترلی که کاپیتان ون هیجست برای کنترل هلیکوپتر از آن استفاده کرد اختراع آقای ون بومهایر بود که  and   نام گرفته بود. این اختراع پس از مدتی توسط وزارت هوانوردی انگلستان ثبت گردید و مالکیت معنویآن به جناب ون بامهایر اعطا شد.

اختراع آقای اوهمیچن:  

 تاثیر سیستم چرخش اتوماتیک (   Auto rotation) بر هلی ها (ابتکار جناب پسکارای ):

سیستم cyclic and collective که مهندس ون بومهایر برای کنترل هلی اختراع کرد:

1- Raúl Pateras Pescara

  2- Etienne Oehmichen

3- Juan de la Cierva

4- Albert Gillis von Baumhauer

5- Captain Floris Albert van Heijst  

ادامه پیشرفت های اولیه

در سال 1930 مهندس ایتالیایی کورادینو دآسکانیو هلیکوپتر خود به نام D'AT3 را ساخت. یک هلیکوپتر Coaxial نسبتا بزرگی بود که دارای دو روتور دو پره بود که جهت چرخش آنها عکس یکدیگر بود.

 یک نوع از روتورهای هلیکوپتر ( coaxial rotors ) هستند یکی در بالا و دیگری در پایین که بر روی یک شفت قرار میگرند و هم مرکز هستند.

کنترل این هلیکوپتر از بالهای کمکی یا servo-tabs تامین می شد. این نمونه بعدها توسط طراحان دیگر هلیکوپتر مورد اقتباس قرار گرفت .

از جمله این طراحان می توان به آقایان بلیکر و کامان اشاره کرد. (در ادامه به این دو طراح می پردازیم.)

3 ملخ هم بر روی فریم اصلی سوار می شد که بیشتر برای حرکت در سه جهت مورد استفاده قرار می گرفت.

D'AT3 توانست رکورد FIA را در زمینه سرعت و ارتفاع را برای مدتی در اختیار بگیرد. این رکوردها عبارت بودند از ارتفاع گرفتن تا ارتفاع 59 فوتی (18 متر) پرواز به مدت 8 دقیقه و 45 ثانیه و پرواز به مسافت 3540 فوتی (1078 متر).

در زمان مشابه در شوروی دو مهندس هوافضا به نام های بوریس یوریف و الکسی چرموخین که در TsAGI  کار می کردند هلیکوپتر تک روتور خود را به نام TsAGI 1-EA به پرواز در آوردند که از دو موتور M-2 نیرو می گرفت. این موتور حاصل ارتقای موتور تک سوپاپه و گردان Gnome Monosoupape بود که توسط روس ها در جنگ جهانی اول کپی شده بود.

TsAGI 1-EA پروازهای ارتفاع پایین زیادی را با موفقیت انجام داد. در 14 آگوست 1923 چرموخین توانست 1-EA را تا ارتفاع غیر رسمی 1985 فوتی (605 متر) بالا ببرد و با اختلاف بسیار رکورد دآسکانیو را که قبلا کسب شده بود، بشکند.

اما به دلیل اینکه شوروی در آن زمان عضوی از FIA نبود رکورد چرموخین بدون ثبت باقی ماند و از یادها رفت!

نیکولاس فلورین، مهندس روسی، اولین ماشین دارای twin tandem rotor که پرواز راحت و آزادی داشت را به پرواز در آورد.

(twin tandem rotor) سیستمی که دو روتور موازی باهم در هلیکوپتر استفاده می شود به مانند شینوک (CH-46 )

این وسیله در بلژیک و در Laboratoire Aérotechnique de Belgique در آوریل 1933 توانست تنها تا ارتفاع 20 فوتی بالا رود و 8 دقیقه در حال پرواز بماند. فلورین سیستم هم چرخش ( چرخش هم جهت ) را برای هلیکوپتر خود انتخاب کرد زیرا به کمک این از ثبات gyroscopic   هلیکوپتر کم و کاسته نمی شد در نتیجه روتورها می بایست در جهت های مخالف هم کمی بالا قرار بگیرند تا نیروی گشتاور (torque ) را خنثی کنند. استفاده از روتورهای بدون لولا و هم چرخش توسط فلورین باعث به حداقل رسیدن فشار و لرزش وارد بر پوسته شد. در آن زمان احتمالا این هلیکوپتر با ثبات در کل جهان بود.

ماشین ساخت آقای برگوت دوراند که Gyroplane Laboratoire نام داشت در سال 1933 ساخته شد. این هلیکوپتر از یک اسکلت لوله ای و باز بهره می برد که موتور، مخزن سوخت، کنترلرها و خلبان در موقعیت مناسبی قرار می گرفتند. این هلیکوپتر از یک دم چوبی تشکیل شده بود. این هلیکوپتر از یک چرخ بر روی دم و دو چرخ بزرگ در دوطرف تشکیل شده بود که پس از مدتی یک چرخ هم برای جلوگیری از برخورد دماغه به زمین در هنگام ورود تعبیه شد.این هلیکوپتر هم از روتورهای Coaxial استفاده می کرد تا یکی از روتورهای گشتاور حاصل از روتور دیگر را با چرخش در جهت مخالف خنثی کند.

هلیکوپتر تست های زمینی بسیار و یک تصادف توانست اولین پرواز خود را 26 جون 1935 به ثبت برساند. این هلیکوپتر تحت کنترل خلبان ماورس کلایسه توانست رکوردها را یکی پس از دیگری بشکند! در 14 دسامبر 1935 او رکورد پیست دایره ای شکل را با پرواز در پیستی به قطر 1600فوت (500متر) به دست گرفت.

در سال بعد، 26  سپتامبر 1936،  کلایسه رکورد ارتفاع را هم با پرواز تا ارتفاع 520 فوتی(158 متر) شکست و در آخر ، در 24 نوامبر 1936، او رکورد مدت زمان را هم با پرواز به مدت یک ساعت و 2 دقیقه و 5 ثانیه در بیش از 27 مایل (44کیلومتر) را با سرعت 44.7 کیلوتر بر ساعت کسب کرد. متاسفانه این هلیکوپتر در حمله هوایی متفقین به فرودگاه Villacoublay از بین رفت.

حداکثر سرعت این هلیکوپتر 120 کیلومتر بر ساعت بود. این سرعت با موتوری به قدرت 240 اسب بخار میسر می شد.